数字电视基础

PAL与NTSC、隔行与逐行电视机传统的电视系统分为ntsc制和pal制两套不同的标准，前者多用于美国、日本等地，后者多用于我国和欧洲等地。dvd在ntsc制的分辨率为720＊480，每秒30帧（29.97fps），在pal制的分辨率为720＊576，每秒25帧。为什么会有这样的区别呢？这和传统电视的成像原理有关。扫描方式这是一个听滥了的词，在这里简单说一下可有助于我们更深入的了解dvd的成像。我是那种一听见专业名词就头疼的人，所以尽量用大白话来说，大白话未必准确，甚至有可能产生误导，但是一听就懂，无关宏旨也就顾不得许多了。传统电视机是由电子枪显像管(crt)显像的，显像管中的电子枪将电子流打在荧光屏上会出现一个亮点，电子枪以屏幕的左上角为原点，自左往右打一遍就会有一条横线的内容被显示出来(专业词汇叫电子束的水平偏转，听着就让俺头皮发紧)，自上往下的将这动作重复(垂直偏转)，一屏幕的内容就出现了，这就是其成像原理。但是被电子束激亮的荧光点在屏幕上不可能长时间亮着，很快就会消失(衰减)，为保持画面的完整和亮度，电子枪需要不断重复地打亮这些点，这个动作被称为扫描(scan)，整屏幕的扫描被称为刷新。就好象杂技中一个转盘子的节目，在长长的桌子上摆上几十个盘子，演员从第一个开始转起，到最后一个时第一个盘子已经快停下来了，于是又从头到尾来一遍。单就打点的过程很类似于针式或者喷墨打印机的打印，只不过一页结束时又回到了页首。于是就出现了两个较别扭的名词，水平扫描频率(horizontalfrequency)和垂直扫描频率(verticalfrequency)，水平频率就是一秒能扫多少行，也被称为行频，垂直频率是一秒能扫多少屏，被称为场频。用场频乘以一屏的行数，自然就是行频。可是在过去，一秒扫多少屏并不如想象的简单。隔行扫描我们知道电影用每秒24帧的速度播放，使我们的人眼可以对物体有连续移动的错觉。电视同样也采用了类似的规格，ntsc(简称n制)的标准规定每秒需要30帧画面，每帧要有525行，在pal制中规定每帧需要有625行，很明显pal制比n制内容要多些，所以扫得速度也就慢些，每秒规定要25帧画面。不管什么制式总要每秒能扫出大于24帧才算合格，这要求有很快的速度。但是传统技术使得电视机来不及一次将五六百行的内容都刷新一遍，电子枪扫描到屏幕下面时，上面的内容已经衰减了。于是采用了奇偶行交替的补救办法。第一遍先刷新奇数行，第二遍再刷新偶数行，第三遍在奇数行刚开始衰减时电子枪又杀回来了，重新刷新奇数行，如此反复。这种扫描方式被称为“隔行扫描”(interlacescan)，它一次虽然只能扫描一半屏幕，但毕竟不是上半部或者下半部，而是全屏，效果还是不错的，但会出现“行闪烁”，画面横向上像栅栏一样有稀疏感。因为实现成本低，效果也不错，所以被电视台广泛采用为电视播出信号，我们看惯了也就习以为常了。隔行crt统治了将近半个世纪，这个惯性一直延伸到电脑的显示器领域。八卦一下，据说ibm三个字的商标设计灵感就来源于当时的隔行显示器，去看一眼你就知道过去我们在看怎样的电视了。电视机每扫描一遍被称为“一场”，n制每秒要有30帧内容，每帧要扫两场，那么每秒就是60场，所以n制的扫描频率是60hz。标准的扫描线要求有525行，水平频率是30＊525＝15750hz=15.75mhz，dvd只要求n制标准有480行就够了，也就是说真正在电视上显示出来的只有标准扫描线数的92%左右，于是画面就要经过一些计算和修饰，只要前者大于等于后者，显示起来绰绰有余。当然两个数字越接近越不浪费扫描线，过去的vcd只要求有240线，为了配合4：3的比例，画面宽度只有320点，需要经过一些处理才能在电视上“放大”满屏，这个过程使得画面损失了清晰度而变得模糊。逐行扫描顾名思义，逐行扫描(progressivescan或者non-interlacescan)一帧不再需要奇偶行两场扫，只需要一行接一行一次完成。其实逐行扫描本身不是什么新鲜事，早在电视标准制定之初就有过讨论，但在同等技术成本下，电子枪逐行扫描有点“来不及”，扫描频率只有30hz，闪烁严重，还不如隔行的效果。随着技术的发展，逐行扫描的频率提高了一倍也达到了60hz，虽然逐行扫描不新鲜，但是能扫这么快的逐行才是新技术。现在的逐行已非隔行可比，这样的速度如果扫描隔行图像，可以比普通隔行多扫一倍的密度，也就是多出一倍的扫描线，也可以在相同扫描线密度下对画面进行逐行的两场扫描，使画面稳定不再闪烁。在密实与稳定之间，逐行可以任选其一。逐行扫描在开始的生产成本很高，一直用在电脑领域，替代了以前的隔行显示器，字体的清晰度大大好转。不过电脑显示器的画面处理复杂程度远非电视可比，有个朋友曾在日立买过一台34寸的电脑显示器，价格在四万元左右，成本甚高。但是逐行在电脑领域的成功还是刺激了电视制造商，他们尝试做出低成本减化的逐行电视机（比如低扫描频率，低精度，高点距等）。我国逐行电脑显示器在九十年代初才开始普及，而逐行电视的普及则是2000年后的事情。所以也可以说逐行扫描是从电脑显示器上衍生出来的电视标准。逐行扫描的电视相对于隔行，内容更加清晰，如果保持60hz的刷新频率，那么行频可以达到31.5khz，n制的525条扫描线是一次完成的。当然这是指真正意义上的逐行，如果信号源仍然是隔行信号（比如电视信号），那么就需要一个倍频转换器，实际效果等同于用隔行的方式模拟逐行，将同样的内容奇偶行复制，画面看起来密实了，但画面的真正细节并没有增加，从画质的角度来说，这种逐行被称为假逐行。因此要配合逐行的电视达到最佳效果，需要有逐行的信号源，比如逐行dvd机、电脑显示卡或者数字高清信号。100hz与变频这个名词在前两年的电视业非常流行，一问电视必是100hz逐行。其实这是两个概念混用所致，很难注意到其中有n制与pal制的区别。逐行电视100hz与逐行这两种模式是不会同时出现的。100hz这个数字是来自于pal制电视。前文说过现在的电视扫描技术提升了一倍，普通pal制是50hz的，一帧要扫两场，但是有“行闪烁”，画面不稳定，如果将频率提高一倍成为100hz，那么行闪烁现象就被有效地控制住了，画面非常稳定，但扫描线还是有稀疏感。换成n制的话，逐行技术使得扫描线加倍，而频率依然保持在60hz。也就是说，100hz是pal制隔行时的频率，而逐行是n制下的显示效果。简单推论是，要逐行就到不了100hz，要100hz就到成不了逐行，因此，所谓的逐行电视在pal下是不能逐行的，这实在不为人所注意。为了解决这个问题，现在流行的电视采用了“变频”的技术，不管是n制还是pal制，都经过数字芯片的处理，转化成60hz或者75hz的逐行。75hz的逐行显示，其画面的密实度与稳定度已经很是可观，当然和显示器相比还有一些差距，因为显示器的指示更高。我们普通的电脑逐行显示器一般在1024＊768下能达到85hz(扫描频率在够用的情况下不会无缘无故的加大)，电视的指标则远远低于此(一般逐行都是以60hz在显示，部分电视有逻辑优化至75hz)。分辨率越高屏幕上的点就越多，扫描一遍就越吃力，衰减也越厉害，所以要求有更高的扫描频率。当我们在用电脑显示器时，会看到最低分辨率640＊480下，只有60hz可以使用，这样低的分辨率不需要太快的刷新就可以应付。但如果调到800＊600，就会出现72hz、75hz、85hz之类的选择。如果再往高了调，只要你的显示器和显示卡可以承受，理论上二者的值是一起上升的。好的显示卡可以提升至120hz以上的刷新率，可惜普通的显示器无法承受。所以这些高的参数只有在液晶显示器里才能试试，因为液晶用的显象原理与crt根本不同，它的刷新率不过是摆摆样子为了与crt兼容，实际上你选什么频率对它都没有作用。在电脑显示器领域，如果让画面稳定不闪烁，并没有一个特定的不闪频率，而是随着分辨率的提高而提高。如果85hz在1024＊768下不闪，那么在1600＊1200下就难说了。而且眼睛因人而异，起初800＊600下60hz被定为稳定不闪的标准，后来根据调查发现有5%的人群对这一刷新频率仍然觉得闪烁，所以国际公认的不闪烁标准调整为800＊600的模式下85hz。电视的技术规格远远小于显示器，一些电视机的广告中称“不闪的才是健康的”这话倒是不假，但100hz的不闪与逐行是鱼与熊掌的关系，目前电视机在逐行状态下最高只支持到75hz。逐行电视现在都开始支持vga接口，vga的分辨率当然越高越好，如果有电视总在强调不闪和高频，其价格又是主流的话，有可能它支持的分辨率很低。高清电视的p与i高清数字电视是新一代电视标准，这回的催生婆不是美国的电影大亨了，而是日本的电视网。高清电视的最佳收视效果需要电视台信号与电视机的共同工作，我国号称2005年试播，2010年普及，大大小小那么多电视台要更换设备，无数家庭要更换电视机，想想就头疼，真是耗大的工程。影业公司目前不会明确表态去支持一种电视规格，他们在观望下一代的光贮标准，虽然新一代dvd的战火已经燃起，但现在的dvd在相当长一段时间内（比如五到十年）仍然会占据主流地位，这不是技术商的原因，而是内容商（影业公司）所致。制作dvd是非常不易的一件事，影业公司不会轻易更换这套已经有成熟配套技术和优良市场的摇钱树。但是下一代dvd的发展，甚至未来数码电影的发展，都会与高清电视标准有着千丝万缕的联系。不过就目前来说高清电视机还属于超前消费，鉴于电视这种家电“大件”购买后是轻易不会更换的，这为提前选购高清提供了理由。高清电视技术最有意思之处，一个是它以16：9为标准，另一个是它的兼容性。它几乎兼容所有的分辨率，从高清电视信号1920＊1080，到1280＊720，从电脑分辨率1600＊1200到640＊480。虽然标准如此，但成形的产品是逐步研制推出的。我们简要回顾一下电视机的发展历史，电视机从黑白到彩色，从小体积到大画面这是众所周知的事。crt显像管电视由于受技术局限，最大只能做到34寸，sony等少量厂家有38寸产品。所以在34寸走到尽头的时候，球形屏幕被柱形屏幕所取代成为新的技术增长点，紧接着“超平”与“纯平”围绕屏幕形状又产生新的纷争。最终背投式彩电的出现打破了34寸的瓶颈，除了价格因素，其亮度和画质的粗糙一时还不能动摇crt的地位。此后逐行风暴来临，大有全面替代隔行之势。在逐行刚热乎的时候，高清数字电视标准便已出台，于是一些厂家纷纷将逐行产品向高清产品靠拢，出现了如100mhz逐行一样似是而非的名词，还有1050线，1250线，720p，1080i等。这都是逐渐向高清电视的最高标准靠近时的过渡产物。这些词是怎么来的呢？其实就是逐行的倍频概念，原来的n制是525线，pal制是625线，将它们乘以2就是所谓的1050线(1250线)，细微的区别是，商家在宣传自己的产品时永远是用最大的支持峰值来宣传的，号称1050线的电视只有在n制下才有逐行，1250线则在pal下也支持了逐行。大部分用户不知道1050与1250间真正的区别，以为是扫描线凭空多了两百线。高清电视的标准分辨率支持到1280*720,最高分辨率为1920*1080，这是16：9的结果，同时还要兼顾电脑的4：3分辨率，所以高清电视有两个指标，一个是显示高清电视信号的分辨率，一个是显示电脑vga信号的分辨率。vga对我们来说是个通用的概念，指电脑的vga接口。在电视业中，640*480的分辨率才被称为vga，800*600是svga，1024*768是xvga，之后再大的分辨率如1024*1024被称为xga，还有1280*768的xxga以及增强的uxga1600*1200等。隔行的英文是interlace，用i来表示，逐行是progressive，用p来表示。在逐行推行的初期，有些电视曾号称支持1280*720i，这是指在隔行扫描下能支持到720线，将它除以2的话，支持逐行的电脑分辨率时，640*480都显得很吃力。因此“i”是有水份的，1920*1080i听上去有很